机器人的新周期

机器人的新周期


如今,工业机器人成为智能化“黑灯工厂”标配,为众多大型企业降本提效。服务型机器人则在跌跌撞撞中找到了仿生+智能的路线。它们屡屡登上热搜甚至春晚舞台,从不到万元的产品到数十万元的产品,机器人赛道已经成为硬科技的焦点。

文|罗宁

2019年,一部名为《美国工厂》的影片获得第92届奥斯卡最佳纪录片。这部将视角对准中国福耀玻璃在美国开设工厂的影片成为经济全球化冲击美国工业的缩影,在影片最后,福耀决定在美国工厂安装机器人,伴随“自动化导致全球3.75亿人失业”的旁白,影片就此戛然而止。

这是机器人、机器臂、自动化生产线占领全球工厂的冰山一角,随着工业4.0序幕拉开,像福耀这样在工厂安装机器人,并组织工人学习机器人课程的企业越来越多,围绕搬运、焊接、装配、涂装等诸多环节的工业机器人成为员工进入工厂之后的“必修课”,并加速了机器人新时代的到来,正如曹德旺所说:

“机器没有什么可怕的,现在各国劳工都不够。”

事实的确如此,人力资源短缺状况在两年后的今天愈发严峻,以至于连造车新势力们也轮番上阵带来自己的机器人产品。最疯狂的还是“钢铁侠”马斯克,年初喜提世界首富的他,在八月的AI Day上出人意料的宣布了Tesla Bot项目,并计划在2022年推出能够帮人跑腿、收拾屋子的人形机器人,“心急”的老马还不忘说出豪言壮语:

“特斯拉已经是地球上最大的机器人公司,我们每一辆车都是装有轮子的机器人,自动驾驶技术的进化让我们能顺理成章地造出人形机器人。”

让马斯克如此自信的特斯拉自动驾驶技术如今已经能够实现对周围环境的感知,而感知技术是汽车安全驾驶的基础,也是机器人与真实世界互动的前提,但Tesla Bot这样看似完美的人形机器人是否能在2022年走进人们的家庭,似乎还得留一个悬念。

自1961年通用汽车公司上线第一台工业机器人Unimate,到如今人形机器人出现在汽车厂商发布会上,机器人在半个多世纪中衍生出工业机器人、服务型机器人、特种机器人三大类,并在不同赛道诞生出众多公司。

如今,工业机器人成为智能化“黑灯工厂”标配,为众多大型企业降本提效。服务型机器人则在跌跌撞撞中找到了仿生+智能的路线。它们屡屡登上热搜甚至春晚舞台,从不到万元的产品到数十万元的产品,机器人赛道已经成为硬科技的焦点。

本文尝试从技术与商业两个维度分析,藏在热潮背后,机器人行业正在发生的“关键时刻”:

1、数字孪生对机器人产业有什么影响,工业4.0时代应用场景中有哪些机会?

2、服务型机器人领域,为什么说中国机器人将有机会站在C位?

数字孪生让“钢铁侠”进入“黑灯工厂”

历史经验告诉我们,看似强大的机器往往面临着许多意想不到的难题,“不够智能”则最让人担心。一旦机器人面对的场景复杂度加倍,通常都不如人类应对灵活,正因如此,数字孪生技术才显得如此重要。

近两年,利用数字孪生技术对工业机器人进行升级的趋势愈发明显,在制造业向数字化、网络化、智能化方向转型升级的过程中,如何在产品迭代同时实现机器人的同步式升级?如何在中国实现数字化工厂的“快速复制”?如何运用同一平台控制各类工业装备和交互数据?这些都需要运用数字孪生技术。

“国内工业4.0起步较晚,我们和发达国家工厂的最大差距在于‘缺心少脑’,这个大脑就是数字孪生技术。但是当我们把真实生产场景制作成虚拟仿真场景,并在孪生场景中观察系统和设备的运行状态时,我们就能实现通过模型动作模拟和还原部件运行情况,也就能够掌控和提前预知整个工厂动态。”

新松机器人一位负责人表示,如今各国都在朝着无人且智能化的“黑灯工厂”目标迈进,工业机器人已经能够取代一部分工人工作,但如何复制建造大批量“机器人工厂”,还面临着如何从软件、硬件到系统,从底层到顶层的全体系自主可控的难题:“不但要知道所有机器现状,还要能够精准预测每一部分每一环节的机器人接下来会怎样,以及是否需要检修和维护。”

这听起来非常科幻,要想实现更是困难。为了实现这一目标,发达国家已经走了近20年,早在2002年,美国密歇根大学教授迈克尔·格里弗斯就提出,在计算机的虚拟世界建立一个跟实物一模一样的模型,他把这个模型叫做数字孪生体,这就是数字孪生这项技术的雏形。

此后的多年时间,数字孪生逐渐发展出“基础支撑”、“数据互动”、“模型构建”、“仿真分析”、“共性应用”、“行业应用”六大大核心模块,对应从设备、数据到行业应用的全生命周期,而为实现机器人与数字孪生技术的结合,国内外掀起了一场数字孪生军备竞赛。

2017年5月,英伟达首席执行官黄仁勋在加利福尼亚圣何塞举行的GPU技术大会上发表了主题演讲,当他向公众展示出这个名为Isaac机器人模拟机(Isaac Robot Simulator)的项目时,现场观众爆发出阵阵掌声。


(图自英伟达)

这是一个会打冰球的机器人,它可以利用深度学习神经网络,找出击打冰球的最佳方法,并能随时间的推移不断自主学习。这听起来就像《钢铁侠》中的贾维斯一样“一代胜过一代”,但值得注意的是,Isaac每一次学习并不需要在现实世界完成,而是通过一个虚拟环境,对于物理世界的的摩擦、受力等进行还原,从而完成训练。

这对于一个即将出现在真实世界的机器人意味着,早在它被制造出来时,就已经在模拟环境中进行了数百万次甚至上亿次训练。一边是虚拟世界设计机器人,一边是在虚拟世界中训练机器人,黄教主把数字孪生技术带入了机器人时代,他认为这是一次巨大的改变:

“人工智能的机器人很有希望改善我们的生活,但建造和训练它们是一项巨大的挑战,英伟达正在通过在现实世界中深厚的模拟专业技术,在机器人产业掀起一场革命,以便让机器人被训练得更精确、更安全,也更迅速。”

借助Isaac机器人模拟机,英伟达数字孪生技术实现了在高度逼真的虚拟环境对机器人进行训练,然后将知识传输给现实世界的机器人,2019年GTC大会,英伟达又为其加入仿真功能,使机器人能够获得由人工智能技术驱动的感知和训练功能,从而可以在各种环境和情况下对机器人进行测试和验证。

随后,这场机器人领域的革命传递到更多领域,海外的特斯拉、宝马、丰田等对产品以及工厂进行了数字孪生技术升级,在国内,华为、腾讯、阿里巴巴、京东、哈工大机器人集团等企业也开始涉足数字孪生技术,其方向涵盖了智慧城市、自动驾驶、工业制造、物流运输等各个领域,也从传统的钢铁、电力等流程型制造企业覆盖到汽车等离散制造业。

今年2月,由腾讯产业生态投资与小苗朗程联合领投的优也科技完成近亿元战略融资,作为面向工业数字化智能化转型提供全栈产品的技术服务商,优也科技通过数字孪生体对工业对象解耦、建构模型、进行实时计算,对包括钢铁、有色金属、发电等一些流程型制造企业带来数字孪生技术应用。

正如小苗朗程合伙人方正浩所说:“我国流程制造业的产成品附加值不高、原材料占成本比较高、能效仅为欧美国家的40-70%,单位产值仅有全球领先水平的1/3-2/3,其数字化、智能化改造的提升空间巨大。”这些流程制造业的数字化转型并非单纯添加几个机器人,而是利用数字孪生技术全方位为企业提效降本,这正是中国产业升级的核心所在。

离散制造业领域的升级同样受到关注,5月28日的阿里云峰会上,阿里云与机械工业九院联合发布“汽车数字工厂1.0”行业解决方案,这个拥有全智能生产线,装备海量机器人的工厂正为红旗年产20万辆以上汽车进行准备。由于汽车制造中会涉及数万种零部件和数百种加工工艺的加工、组合、检测,因此与流程制造业相比要求更高,数字孪生的加入更考验企业管理生产的能力,但正因如此,国内制造业若要赶上甚至超越海外,就必须拿下这块“高地”。

实际上,后疫情时代,伴随国内制造业数字换转型需求,数字经济也在倒逼更多企业加速技术升级,而数字孪生技术的重要性愈发凸显。埃森哲最新数据显示,2020年,我国产业数字化占数字经济比重高达80.9%,而截止今年6月底,我国在制造业重点领域企业关键工序数控化率、数字化研发设计工具普及率分别由2016年的45.7%和61.8%增长至53.7%和73.7%,说明中国在工业领域利用新技术提升效率的速度在不断提升。


(图自DeepRobotics)

而在服务机器人行业,近两年风头无二的机器狗类型产品,也借由数字孪生技术从单纯观赏性变成更多领域的得力助手,出现在安防巡检、物流配送、火灾救援等场景中,在国内这条赛道除了优必选、宇树科技、DeepRobotics、Dogotix等创业公司外,也不乏腾讯、小米等巨头加入。

为了实现不同的功能特性,不同公司通过数字孪生技术让机器人在虚拟世界中有了自我学习和进化能力,研发电力巡检机器狗“绝影X20”的云深处科技工作人员告诉我们:

“数字孪生技术不但能够方便研究人员持续训练机器人,更重要的是节省时间与经济成本,尤其在很多复杂场景中,经过训练后的机器狗对环境变化能比人作出更快应对。”

在一些科技最前沿领域,数字孪生技术将能实现人类过去一直想做却做不到的事情。本次世界机器人大会上,中国空间技术研究院就展示了应用于“天宫”太空站的“大型空间站机械臂”,这些机械臂的作用非常重要,能够帮助人类做好太空站的日常维护,也能完成人类难以做到的很多工作,但在上太空之前,为了能够模拟真实的太空环境,也需要数字孪生技术加持。

“举例来说,我们在虚拟世界中使用数字孪生技术对机器人的大脑进行训练,训练好后即可将这个大脑安装到现实世界的机器人上。比如我们要制造一个炒菜机器人,我们可以先通过仿真,教这个炒菜机器人如何去处理和烹饪各种各样的食材,然后再把训练好的炒菜机器人大脑转移到实际物理机器人中,这样一来,机器人的开发速度就大大提高了。”

黄仁勋这样解读机器人数字孪生技术的意义,如果说过去几十年机器人成长速度慢是因为不够智能,那么数字孪生技术则为机器人的智能化和自我成长注入了能量。

“无中生有”和C位新机遇

“人们不知道想要什么,直到你把它摆在他们面前。”

乔布斯这段话放在如今的机器人领域似乎再合适不过。伴随时间的推移,机器人产品种类愈发多样化,正如我们前文所提到的,数字孪生技术的引入让机器人拥有了现实环境之外更高另一层的学习维度,尤其在服务机器人领域,如同《黑客帝国》中只要将磁盘插入人脑就可以让人瞬间学会外语或功夫的“魔法”在如今的机器人身上也开始奏效,并推动整个服务机器人领域细分市场的变化。

在国内,越来越多企业在做不同赛道方向的尝试。据赛迪顾问今年五月发布的数据,国内服务机器人市场的投融资规模从2019年的54.2亿元大幅增至186.2亿元,增幅为344%。产品种类从扫地机器人、送餐机器人扩展到农业机器人、医疗辅助机器人等类型,疫情期间更是推动了安防巡检机器人、消毒清洁机器人的活跃。


(图自优必选)

“中国拥有全球最大的工业机器人销量市场,占全球约30%的市场份额。”优必选首席品牌官谭旻提到,未来家家户户也许都会有一台机器人,因此市场会催生出更多类型的机器人产品,在他看来,最大的问题在于,“随着教育机器人、康养机器人、物流机器人、检测机器人、清洁机器人等类型产品增速逐渐提升,如何能在这样的关键节点抓住机会?”

关于这个问题,在2021世界机器人大会现场我们也看到了一些答案。同样是轮式机器人,面向不同场景就出现了诸多类型,送餐类、清洁类、消毒类、运输类,而这些大类还分出了更细化的不同场景,他们都抓住了国内对于新技术的融合趋势,以行业内融资规模较大的达闼科技和高仙机器人为例,面向场景包含商务、医疗、零售、智慧城市等多个领域,服务方式也从单一的机器人服务进化到融合5G、云计算、人工智能等技术。

达闼科技创始人兼CEO黄晓庆认为,新技术为机器人带来了细分行业的机会,这正在成为计算机进入人类社会之后又一次重要改变,正如他所说:“以云端机器人为代表的智能服务机器人是5G时代的杀手级应用,是人类的第三台计算机,必将超越手机和汽车行业成为数字时代的最大产业。”

再看一些上市公司,这一趋势更加明显。以国内成功上市的科沃斯石头科技这些扫地机器人企业为例,它们在产品形态上从过去的单纯清扫升级到扫拖一体,再到如今包含自动集尘、自动水洗拖布、自动烘干的一体式解决方案,而在海外曾经技术领先的iRobot、Neato等公司,在产品升级速度和市场洞察方面略逊一筹,并出现了同样是上市公司,作为后来者的科沃斯、石头科技市值在700亿人民币以上,远超上市公司iRobot一百多亿人民币(根据美元换算)市值的现象。

从科沃斯、石头科技看中国机器人产品,会发现中国机器人产品在细分领域市场“站C位”趋势愈发明显:中国有全球最大的机器人消费市场,相关产业链也相当成熟,以扫地机器人为例,一方面,基于激光雷达、摄像头、红外等多种传感器形成的环境感知系统已经成为行业成熟的落地技术,云端数据处理、IoT、5G网络加持,都让这些设备具备了更高的智能。

另一方面,中国公司在人工智能算法上的快速迭代升级,使机器人能够不断扩充功能,因此占领更大市场,当成熟技术加上中国速度,当中国市场消费升级,大环境趋势开始推动相关企业站在历史舞台上。

企查查《近十年机器人行业融资分析报告》统计,我国机器人产业从2011年起至今累计融资事件2661件,总融资金额超1385亿元。尽管行业热度在2017年后有所下降,但近两年,机器人行业再次升温,据公开资料统计,2021年度1月-7月,服务型机器人赛道共发生66起融资,总融资金额超过100亿元,单笔融资金额达亿元及以上达到27起,不断火热的服务型机器人赛道,正是中国市场爆发的真实写照。


(融资信息来自企查查,商业数据派整理)

谭旻在2021世界机器人大会演讲中也提到:“在整个机器人产业链,无论是上游底层硬件,从AI芯片、伺服舵机、减速机、传感器等技术上面,中国已经有全球最长的产业链,在中游的技术支持上面,无论是计算机视觉、机器学习、语音识别、还是云平台、物联网等方面,中国也有全世界最庞大的群体,而在下游产业的供应链里,中国是全世界拥有最庞大应用场景的地方。”


(图自优必选)

根据思科预测,2023年全球联网设备数量将达到293亿台,2018–2023年复合增速为9.75%。服务机器人通过互联网与运行环境中的其他硬件设备实现通信互联,同时联网运行中产生的海量数据构成云计算的基础,服务机器人可通过自身的数据处理运算能力对云存储中的经验数据进行学习,从而获得更强的环境适应能力。

这意味着,服务型机器人将成为物联网人机交互的信息中枢。

随着后疫情时代“无接触式服务”的影响越来越明显,机器与人共存开始从现象升级为常态,在机器人产业升级换代的有形之手与人口红利消失的无形之手共同推动下,中国机器人行业如今进入到新一轮窗口期,尽管我们在机器人底层技术尤其是工业机器人领域底层技术上仍有差距,但在服务型机器人市场,得益于中国快速成长的消费市场和机器人上下游产业链的发展,中国服务型机器人站在C位的机会正越来越多。

在过去近半个世纪内,“人口红利”成为中国经济增长发动机之一,现如今,这个发动机正在“老化”。

当适龄的劳动人口减少,社会用工负担加重,我们显然需要新的一套运作方式,这正是如今全球尤其是国内“机器人红利”出现的根源。而在机器人红利到来时,拥有海量用户数据以及快速迭代精神的中国互联网公司,如何能够借此机会创造出更具价值的产品,尤其是机器人产品,将成为更多人关注的焦点。

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作者:机器人产业网
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来源:机器人产业网
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